Temas Selectos de Neurociencias II Ed. Javier Velázquez Moctezuma UAM - PUIS 2001
LA IMPORTANCIA DE LOS MODELOS ANIMALES PARA EL ESTUDIO DE LAS ENFERMEDADES DE LA MIELINA Y DEL SUEÑO José Ramón Eguibar y Ma. del Carmen Cortés Instituto de Fisiología Benemérita Universidad Autónoma de Puebla INTRODUCCIÓN El uso de los modelos animales es fundamental para el estudio de los mecanismos anatómicos, fisiológicos, bioquímicos y moleculares de las enfermedades que afectan al hombre y a las especies animales de interés médico veterinario. La obtención de sublíneas con características conductuales, fisiológicas o de apariencia han sido empleadas desde hace mucho tiempo. Esta metodología ha permitido la obtención de especies animales con características fijas como puede ser la raza de los perros, las sublíneas de roedores o bien animales de laboratorio de una sublínea las cuales muestran características específicas. Las técnicas de biología molecular recientes han permitido la obtención de ratones carentes de un solo gen (los denominados ratones knock out). Estos animales han permitido el estudio del papel de cierto gen en la conducta animal; sin embargo, esta metodología tiene el problema de que el gen en cuestión puede participar en alguno de los procesos ligados al desarrollo del animal, por lo que es imposible saber si los efectos que ejerce sobre la conducta se deben a la carencia de este gen en la edad adulta o bien a su papel durante la ontogenia. Una alternativa de esta metodología es la de ligar la expresión del gen a un antibiótico como pueden ser las tetraciclinas. Con esta estrategia experimental al exponer al animal a dicho antibiótico se reprime la expresión del gen en estudio
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mientras que esta sustancia permanezca en niveles circulante adecuados. Esta metodología permite obviar las consecuencias del gen en estudio durante el desarrollo lo que ha permitido discernir de manera más fidedigna el papel de un gen en una conducta o bien de su papel fisiológico. Debe destacarse que los genes usualmente se encuentran involucrados en cascadas de reacciones y con frecuencia es difícil determinar cual es el paso final de la alteración observada; al menos que la vía metabólica en cuestión involucre un solo gen como es el caso de las proteínas de la mielina que son específicas para los oligodendrocitos en el sistema nervioso central (SNC). MODELOS ANIMALES DE ENFERMEDADES DE LA MIELINA El estudio de las enfermedades de la mielina humana se ha basado en estudios clínicos, epidemiológicos y más recientemente de estudios no invasivos como son: la tomografía axial computada, la resonancia magnética nuclear o la tomografía por emisión de positrones. A partir de diferentes estudios epidemiológicos se ha podido establecer diferentes tipos de enfermedades de la mielina, las cuales se agrupan en las de tipo metabólico hereditarias, enfermedades infecciosas o alérgicas, enfermedades de la mielina tóxicas y enfermedades de tipo nutricional. CLASIFICACIÓN DE LAS ENFERMEDADES DE LA MIELINA Clase I. Alérgicas o Infecciosas A. Humano 1. Esclerosis múltiple 2. Encefalomielitis aguda diseminada 3. Leucoencefalopatía progresiva multifocal 4. Polineuritis idiopática B. Animal 1. Encefalomielitis canina 2. Encefalomielitis del ratón producida por el virus de la hepatitis 3. Encefalomielitis alérgica experimental 4. Neuritis alérgica experimental Clase II. Metabólicas hereditarias C. Humano 1. Leucodistrofia metacromática 2. Enfermedad de Krabbe 3. Adrenoleucodistrofía 4. Enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher 5. Fenilcetonuria
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Enfermedad de Krabbe canina Ratón brincador “jimpy” Ratón tembloroso“quaking” Distrofia muscular
Clase III. Tóxico-metabólicas E. Humano 1. 2. F.
Neuropatía por hexaclorofeno Encefalopatía hipóxica
Animal 1. Neuropatía diftérica 2. Intoxicación por hexaclorofeno 3. Intoxicación por trietil-estaño
Clase IV. Nutricionales G. Humano 1. 2. 3.
Deficiencia de vitamina B12 Mielinolisis pontina Enfermedad de Marchiafava-Bignami
H. Animal 1. Malnutrición Clase V. Traumáticas I. Humano y animales 1. Por edema 2. Por compresión 3. Por punción lumbar repetida 4. Por liberación de presión Entre las enfermedades de la clase I se destaca la esclerosis múltiple o en placas, cuya prevalencia en los Estados Unidos de Norteamérica es de 40 casos por cada 100,000 habitantes. Esta enfermedad se denomina así porque el paciente desarrolla ataques sucesivos de zonas de desmielinización producto de una reacción inflamatoria donde confluyen una gran cantidad de neutrófilos y polimorfonucleares. La reacción inflamatoria desencadena a su vez la lesión de los oligodendrocitos lo que provoca la pérdida de la mielina. Las zonas de desmielinización abarcan cualquier parte del SNC, pero con frecuencia afectan a los nervios ópticos, la médula espinal y zonas de la corteza cerebral lo que ocasiona ceguera, alteraciones de la sensibilidad y trastornos motores. A la fecha no se han podido determinar las causas de la enfermedad, pero se piensa
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que tenga un sustento genético asociado a diversos agentes medio ambientales dentro de los que destacan las enfermedades propias de la infancia como el sarampión (23). Existen a la fecha varios modelos animales que reproducen en parte las alteraciones encontradas en la esclerosis múltiple. Sin embargo, la que reproduce mejor la sintomatología es la encefalomielitis alérgica experimental (EAE). Esta patología se produce por la inoculación de un extracto de mielina del propio animal asociado o no a adjuvante de Freund. Dos a tres semanas de efectuado el inóculo el animal desarrolla una reacción inflamatoria multifocal en el SNC con zonas de desmielinización producto de la reacción antígenoanticuerpo mediado por linfocitos T. La enfermedad es producto de la reacción en contra de la mielina, particularmente hacia la proteína básica de la mielina (PBM) ya que esta proteína es altamente inmunogénica en el desarrollo. La PBM tiene esta propiedad ya que no fue detectada por el sistema inmune debido a la presencia temprana de barrera hematoencefálica por lo que queda fuera de la evaluación del sistema inmune (23). Dentro de las enfermedades metabólicas cabe destacar la enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher, también conocida como leucodistrofia sudanófila. Esta enfermedad se caracteriza por la pérdida progresiva de la mielina en parches y porque ultraestructuralemente la mielina muestra falta de compactación, asociada a astrocitos hipertróficos. El defecto se debe a la falta de la proteína proteolipídica (PLP) un comp onente fundamental para la adecuada compactación de la mielina. Desde el punto de vista de los modelos animales existen varios ratones mutantes de la mielina. Es de destacarse el ratón temblador “quaking”, el cual adquiere la enfermedad como un caracter autosómico recesivo. El ratón manifiesta temblor de inicio temprano: a los 12 días de edad, convulsiones tónicas extensoras y ocasionalmente hidrocefalia. El animal muestra poca mielina en el SNC con una marcada disminución del número de lámelas y falta de compactación de la mielina, con una tendencia a formar asas entre las láminas de mielina. En el ratón adulto existe un déficit marcado de la PLP, de hasta un 66% respecto a los valores controles. El déficit en la PLP se debe a la falta de síntesis de la proteína (23). Las ratas taiep son un mutante de mielina con herencia autosómica recesiva (14). El defecto celular consiste en una acumulación de microtúbulos en el citoplasma de los oligodendrocitos, lo que bloquea la traslocación de las proteínas de mielina hacia los procesos donde se lleva a cabo el recambio de la mielina (7, 30), sin que se muestren cambios en el nivel de síntesis de sus ARNm (24, 33).
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ENFERMEDADES DEL SUEÑO La vigilia es un estado en el cual el individuo está conciente del ambiente que le rodea y tiene la habilidad de interactuar con él respondiendo a los estímulos que recibe. Esta actividad eléctrica del cerebro se ha podido registrar desde que Berger, físico alemán en 1930, implementa técnicas para medir la actividad cerebral mediante el electroencefalograma, en el cual mediante electrodos colocados en el cuero cabelludo se puede registrar la actividad eléctrica cortical entre distintos puntos, así como la actividad muscular e incluso los movimientos de los ojos. Cuando la persona se encuentra despierta con los ojos abiertos la actividad electroencefalográfica que se presenta se caracteriza por actividad eléctrica de ondas de baja amplitud (14-25 Hz) y cuando el sujeto cierra los ojos la actividad sigue siendo de bajo voltaje pero de una frecuencia menor de solo 9 – 10 Hz. Estableciendo los cambios en cada una de las etapas del sueño se genera el denominado hipnograma que muestra la ciclicidad de los estados de sueño de ondas lenta y de sueño MOR durante toda la noche (15). Históricamente el sueño se consideró como un estado pasivo en el cual se perdía la conciencia de manera reversible reduciéndose las funciones sensoriales y motoras, pero Loanis en 1937 (2) es quien da la primera evidencia de que el cerebro no se encuentra inactivo durante el sueño. Actualmente la visión es que el sueño es un proceso activo durante el cual se llevan a cabo procesos fisiológicos para el buen funcionamiento del cuerpo, como sería en caso del sistema endócrino, el cual durante el sueño secreta prolactina y la hormona del crecimiento. La secreción de glucosa e insulina incrementan durante el sueño, así como los niveles de testosterona. En cuanto al sistema inmune se ha visto que las Interleucinas-1 incrementan sus niveles durante el sueño y llegan a un pico al inicio del sueño de ondas lentas (12). Se ha dado la definición de sueño principalmente basándose en criterios conductuales y en base a estándares aceptados internacionalmente como son los cambios en el electromiograma, el electroencefalograma y el electrooculograma, patrones que han sido identificados en mamíferos y aves, pero es importante establecer los criterios para organismos unicelulares y aún así para organismos invertebrados u organismos que no desarrollaron corteza cerebral. Sin embargo ya en un estudio realizado por Campbell y Tobler en 1984 (3) reportan que hay evidencia de que se presenta el sueño en 19 especies de peces, 16 de reptiles y 9 de anfibios, así como en varios invertebrados al basarse en criterios conductuales como son las posturas estereotípicas o especieespecíficas, además de la inmovilidad, un umbral elevado para despertar, así como la reversibilidad de este estado con la estimulación de distintas modalidades sensoriales (28).
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Figura 1. Posiciones de algunos animales al dormir.
Este estado conductual de quietud parece corroborarse en algunas especies en las cuales pueden mostrarse patrones de actividad cerebral en un hemisferio, aunados a patrones EEG de sueño en el otro hemisferio cerebral, como es el caso de los mamíferos marinos como los delfines. En los pájaros los episodios de sueño son muy cortos, el sueño NO MOR con una duración promedio de 150 segundos y el sueño MOR con una duración de 9 segundos, la mayoría de los pájaros no pierden el tono muscular durante el sueño MOR como sucede con los mamíferos . En la década de los 50´s queda bien establecida la existencia de dos tipos de sueño. El denominado sueño con movimientos oculares rápidos (MOR), también conocido como sueño onírico debido a que durante este tiempo soñamos y la fase de sueño no-MOR, también llamado sueño de ondas lentas, el cual se divide en cuatro etapas tomando como parámetros para cada una de ellas la frecuencia y las características de las oscilaciones eléctricas en el registro del electroencefalograma (2). En la primera fase del sueño de ondas lentas, cuya duración fluctúa de 1-7 min la actividad eléctrica del cerebro es escasa y el EEG está compuesto principalmente de ondas de baja frecuencia (3-7 Hz) y aparecen movimientos oculares muy lentos. El estado 2 se caracteriza por los denominados “complejos K” o husos del sueño (12-14 Hz) así como por la aparición escasa de movimientos oculares y su duración de 10 a 25 minutos, ocasionalmente aparecen ondas de alto voltaje lo que indica el inicio de la fase 3 es donde aparecen las ondas delta con una amplitud mayor a 75 ?V, pero de frecuencia muy baja (0.5-2 Hz.), esta etapa dura pocos minutos y es un estado de transición hacia la etapa 4. En el cuarto
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estadio se incrementan las ondas delta y este dura de 20 a 40 min. Las etapas del sueño ocurren en ciclos de un periodo de sueño NO MOR seguido de uno MOR, cada ciclo con una duración aproximada de 90 min, la fase NO MOR - MOR se repite de 4 a 6 veces durante la noche, cada episodio MOR con una duración de 5 a 10 min, lo que da un total de 20 a 60 min/noche de sueño MOR. Cabe destacar que el sueño MOR es fundamental para lograr el efecto reparador físico asociado al dormir (15). Como ya lo mencionamos el sueño es esencial para el funcionamiento normal del individuo ya que se ha propuesto que cumple distintas funciones, como es la de su papel restaurador, la adaptación a las condiciones ambientales, el actuar como un reforzador del aprendizaje y para consolidar la memoria. La primera sugiere que el sueño es una forma básica de restaurar lo que el cuerpo o el cerebro ha gastado durante el día, ya que existen cambios hormonales que lo sustentan (2). Las teorías adaptativas proponen que el sueño permite adecuarse a las cambiantes situaciones medio ambientales y que juega un papel importante en la conservación de la energía o en la regulación térmica uno de los datos que apoyan esta teoría se encuentra en la disminución de la temperatura del cuerpo de 1 a 2 grados centígrados al inicio del sueño y es controlada por las neuronas del núcleo preóptico del hipotálamo, el cual actuaría como un termostato. Otra de las funciones que se le ha atribuido al sueño y especialmente al sueño MOR es la de maduración del cerebro en etapas tempranas de la ontogenia, particularmente de animales neoténicos, en parte debido a la cantidad de horas que se duermen durante el día. En el periodo prenatal o en los animales inmaduros se duerme más que cuando el individuo es maduro (29). Por último se ha considerado que el sueño MOR consolida el aprendizaje y la memoria de lo que vivimos durante el día, así animales deprivados de sueño no consolidan su memoria (12). La cantidad de sueño que una persona necesita para sentirse bien durante el día varía de acuerdo a varios factores, entre los que se encuentra la edad de la persona. Los recién nacidos duermen 16 horas al día en promedio, los adolescentes 9 horas , los adultos de 7 a 8 horas y las personas de 65 años en adelante duermen menos de 7 horas, además de presentar durante la noche múltiples despertares y se reduce el número de ciclos NO MOR – MOR. Estudios de trastornos del sueño en personas de 65 años o más indican que presentan insomnio el 5% de ellos unidos a otros factores como son: la depresión, los trastornos respiratorios, la viudez y el uso de sedantes prescritos. Por otra parte, el 7% de casos de insomnio en esta edad ocurre sin ninguno de resaltar que la los factores arriba descritos, esto es serían intrínsecos. Sin
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embargo cabe asociación entre depresión e insomnio es especialmente fuerte (26). Dada la ventaja de poder establecer patrones electroencefalográficos en el sueño, se han podido establecer alteraciones de este estado. Los trastornos del sueño tienen una variedad de causas y ocurren hasta en un 25% de la población general. Los trastornos del sueño pueden ir asociados a otras enfermedades, por ejemplo se calcula que 45% de las personas que padecen cáncer tienen algún trastorno del sueño. En la tabla 1 Se indican los grupos de trastornos del sueño y en cada uno de ellos el grupo de enfermedades que lo caracterizan. Tabla 1. Clasificación de los trastornos del sueño
1. Insomnio Dificultad para iniciar el sueño Dificultad para mantenerse dormido Despertar en la fase oscura
2. Trastornos del ciclo sueño-vigilia Síndrome de retraso de la fase de sueño Síndrome en adelanto de la fase de sueño
Cambio repentino de huso horario (jet-lag) Rotaciones en los horarios de trabajo 3. Hipersomnias 4. Parasomnias Apnea obstructiva del sueño Movimientos de las piernas durante el dormir Apnea del sueño de origen central Trastornos del despertar Narcolepsia Trastornos de transición sueño-vigilia Debido a medicamentos o alcohol Trastornos conductuales en el sueño MOR Infecciones virales recientes Enuresis Hipersomnias ideopáticas Sonambulismo De los trastornos del sueño el insomnio es el más común, estudios epidemiológicos en norteamericanos reportan que este ocurre con mayor frecuencia en mujeres que en hombres con una relación 3:2, la diferencia es mayor con la edad del paciente, esto debido posiblemente a que pueda estar interviniendo factores extrínsecos como son: la toma de medicamentos, el consumo de alimentos como la cafeína, así como medicamentos para tratar el asma, artritis reumatoide o el dolor crónico, los antidepresivos con los cuales se disminuye la fase de sueño MOR, el tabaco y el alcohol, etc. Aunque en el insomnio intervienen factores intrínsecos entre los que se encuentran estados depresivos, edad, alteraciones en el ritmo circadiano, dolor y factores genéticos (2). La excesiva somnolencia durante el día es una situación en la cual la persona siente mucho sueño durante la vigilia y una necesidad urgente de después de una siesta. Estas personas frecuentemente se quedan dormidas en
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dormir, aún después de haber dormido toda la noche o incluso poco tiempo situaciones en las cuales necesitaban o querían estar completamente alertas. Esta situación puede resultar peligrosa cuando se maneja un automóvil, maquinaria pesada o trabajos en donde se tengan altas responsabilidades, o bien factores de riesgo. La excesiva somnolencia interfiere con la habilidad de la persona para concentrarse y realizar tareas rutinarias. Las parasomnias dentro de este grupo de trastornos podemos mencionar las pesadillas, los terrores nocturnos, la enuresis, el sonambulismo, etc. los cuales son trastornos del despertar. El sujeto presenta despertares parciales en los cuales la activación de los sistemas fisiológicos sucede en un tiempo inadecuado, esto es, durante la fase de sueño. La apnea obstructiva del sueño es la interrupción de la respiración por el bloqueo de la garganta, ya sea porque la lengua o las estructuras de la rinofaringe, la faringe o la laringe se relajan en el sueño y obstruyen el libre tránsito del flujo de aire. Es importante saber que la apnea del sueño se asocia a enfermedades como ataque cardíaco, presión arterial alta, arritmias o deficiencias cardíacas. El roncar es otro trastorno del sueño clasificado dentro de las apneas obstructivas que puede ocurrir durante la inspiración o expiración, produciendo un sonido de vibración de los tejidos que obstruyen las vías respiratorias el flujo de aire como pueden ser la epiglotis o las paredes faríngeas. Se han administrado principalmente tres grupos de drogas para tratar los trastornos del sueño que son: las benzodiacepinas, los antidepresivos tricíclicos y los estimulantes del SNC como la anfetamina. Las benzodiazepinas han sido usadas ampliamente en el área clínica para tratar cuadros de pánico, contracturas musculares, ansiedad y los trastornos del sueño como el insomnio, ya que producen enlentecimiento, relajación y sensación de calma, sin embargo, los efectos colaterales pueden ser tan variados como: debilidad muscular, sequedad de la mucosa oral, de la conjuntiva y de la mucosa nasal, alteración de la libido, piel eritematosa, movimientos involuntarios así como pueden provocar insomnio de rebote o ansiedad durante el día entre otros. Los antidepresivos tricíclicos los cuales de manera no selectiva incrementan los niveles de catecolaminas, se utilizan para trastornos del sueño como la enuresis, movimientos de piernas durante el dormir, terrores nocturnos y en la narcolepsia para disminuir los episodios de cataplejía. Sin embargo aunque los antidepresivos tricíclicos, se comenzaron a administrar desde los 1960´s (1, 22), estos tienen efectos en varios sistemas como son el colinérgico, el histaminérgico, el serotoninérgico, el noradrenérgico, a través del incremento de la transmisión monoaminérgica por inhibición de la recaptura de monoaminas. Algunos de los efectos colaterales por el tratamiento crónico son
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boca seca, incremento de peso, taquicardia, así como supresión del sueño MOR (2). Por último, el uso de anfetaminas se utiliza principalmente en trastornos del sueño relacionados con las hipersomnias, para que el paciente permanezca en vigilia durante la fase de luz, sin embargo con este tratamiento después de un tiempo ya no se obtienen los efectos terapéuticos, pues se presenta tolerancia a los medicamentos (2). Dadas las restricciones éticas que se dan para el estudio de nuevas drogas en humanos en la investigación básica la obtención de modelos animales es importante para reproducir los síntomas o cuadros clínicos que se presentan en los humanos, para con estos se puedan realizar estudios farmacológicos, electrofisiológicos, neuroanatómicos y genéticos que ayuden a buscar un tratamiento con mayores beneficios y menos efectos colaterales para el paciente y que a su vez nos permita controlar las variables en estudio para una investigación detallada sobre todo cuando se requiere mantener niveles en sangre del medicamento a probar. En la década pasada los investigadores propusieron que si la función de cierto gen era estudiada en un animal, el resultado podía aplicarse a otros animales y a esto llamaron el principio de la conservación. Este principio ha ayudado a estudiar el desarrollo del cerebro y su conducta, ya que el estudiar el genoma de un organismo simple hace simples los experimentos cuyas conclusiones pueden aplicarse después a organismos más complejos, pues tomando como ejemplo el genoma secuenciado del Caenorhabditis elegans sorprendentemente vemos que tres cuartas partes del todos sus genes son compartidos con el humano. La mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) ha sido otro modelo animal que se utiliza para estudiar el sueño y los ritmos circadianos, ya que desde 1970 Konopka y Benzer (16) describieron mutantes de esta mosca las cuales mostraban ritmos conductuales similares al ciclo sueño-vigilia de 24 hrs. y otras con ciclos de 19 y 29 horas y otras que aparentemente no presentaban un ritmo, manteniendo este ciclo durante varios días aún si se les mantiene en una oscuridad constante. Posteriormente mostraron que estas moscas tenían una mutación en un gen que denominaron period o gen PER. Estudios genéticos en ratones han revelado que los genes que controlan las oscilaciones circadianas son similares en mamíferos y en las moscas. Se han propuesto desde los años 70´s modelos animales para estudiar uno de los trastornos psiquiátricos como es la depresión, y que según predicciones de la Secretaría de Salud en pocos años será una de las principales causas de atención médica. La depresión es una alteración de los afectos, en el estado de ánimo o en los sentimientos, perdiendo el sujeto el interés en las
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actividades o cosas y la incapacidad por experimentar placer. Se pueden clasificar en tres grupos los modelos animales de depresión o que son muy similares a ella: 1. Animales que incluyen conductas anormales como aislamiento social. 2. Animales con alteraciones conductuales inducidas por estrés, lo que hace que el animal se quede quieto y simule la reducción de actividad que presenta una persona deprimida. Sin embargo con este modelo, los animales se recuperan de dos a tres días contrario a lo que sucede en una persona deprimida. 3. Animales que muestren alteración de la conducta ocasionada por daño cerebral, ya que existen manejos quirúrgicos como es la bulbectomía olfatoria, es decir la remoción de los bulbos olfatorios de manera bilateral, manejo después del cual la rata presenta una conducta de irritabilidad, hiperactividad, elevación de corticoesteroides, etc; efectos que se revierten con la administración de antidepresivos (18). 4. Otro modelo animal de depresión, pero de origen genético lo podrían constituir las ratas Flinders sensibles a la acción de colinérgicos muscarínicos que muestran 1) baja actividad locomotora, 2) reducción del peso corporal, 3) incremento del sueño MOR, y dificultades en el aprendizaje, todas estas conductas asociadas al trastorno depresivo Todos estos efectos se evalúan con pruebas que incluyen manejos conductuales y de marcadores bioquímicos para valorar los modelos de depresión. La más conocida es la prueba de nado forzado de Porsolt, que consiste en observar a las ratas cuando se les coloca durante 15 min en un espacio restringido del cual no pueden escapar y solamente pueden sacar la cabeza por encima del agua cuyo nivel es de 15 cm. de altura (27). Otro de los trastornos psiquiátricos en los que se han empleado modelos animales es la esquizofrenia, que afecta al 1% de la población mundial y que consiste en una alteración de los procesos del pensamiento y la disociación entre los procesos emocionales y los conductuales. Un modelo animal de esquizofrenia consiste en la lesión del hipocampo ventral en un período crítico del desarrollo, lo que evita que se establezcan las conexiones entre hipocampo y zonas corticales frontales, como es la corteza media prefrontal, así como con áreas subcorticales (9, 10).
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NARCOLEPSIA HUMANA Gelineau (11) en 1880 fue el primero en usar el término narcolepsia para describir situaciones en las que las personas presentaban episodios de sueño incontrolable asociados a estímulos emocionales intensos. La narcolepsia es un trastorno del sueño en el cual la persona presenta excesiva somnolencia durante el día, así como manifestaciones anormales del sueño MOR y episodios súbitos de sueño incontrolable durante la vigilia. Se pueden presentar asociados a otros síntomas como la cataplejía, la cual consiste en la pérdida parcial o total del tono muscular, se presentan además alucinaciones hipnagógicas o hipnopómpicas que pueden ser auditivas o vis uales, así como la parálisis del sueño que se caracteriza porque la persona queda inmóvil de manera parcial o total durante pocos segundos o minutos con la sensación de esforzarse a mover las extremidades, hablar o levantarse sin lograrlo, estos episodios terminan espontáneamente o por estimulación como al ser tocados por otra persona. Cabe destacar que los pacientes narcolépticos sufren de episodios súbitos de pérdida del tono muscular (cataplejía) durante la vigilia. Desde el punto de vista electrofisiológico durante la atonía la corteza cerebral y el electromiograma muestran una actividad similar a la mostrada durante el sueño MOR. MODELOS DE NARCOLEPSIA Perros narcolépticos Para el caso de los trastornos del sueño relacionados a la hipersomnia se cuenta con modelos animales en los que se puede estudiar la narcolepsia. Uno de los modelos de narcolepsia ampliamente estudiados son los perros narcolépticos cuyo estudio se inicia con el Dr. William Dement en la Universidad de Wisconsin y desde 1970 en la Universidad de Stanford, en esta mantienen una colonia de perros Doberman y Doberman Pinscher cuyo síndrome se transmite de manera autosómica recesiva con penetrancia completa de un marcador genético que denominaron canarc-1, del inglés canine narcolepsy (20). Mignot (19) en 1991 mostró que este gen no está localizado en el complejo mayor de histocompatibilidad (MCH), pero si está unida a una banda polimórfica con fuerte homología a la región de la cadena pesada del gen de las inmunoglobulinas, esto dio paso a la hipótesis de que la narcolepsia estuviera asociada a una enfermedad autoinmune (21). Los perros narcolépticos presentan episodios de atonía muscular, sueño fragmentado y excesiva somnolencia durante el día, así como una latencia menor al primer episodio de sueño MOR. En estos perros estos episodios de inmovilidad son inducidos al presentarles comida en la prueba de inducción de cataplejía por exposición a comida, el denominado FECT (por sus siglas en
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inglés) o bien la prueba de inducción de cataplejía por juego (PECT, por sus siglas en inglés) al jugar con el experimentador o bien con otro congénere.
Figura 2. Patrón de descarga de las neuronas MOR-on y MOR-off durante el ciclo sueñovigilia y durante crisis de cataplejía. En el panel A se muestra el patrón de descarga de una neurona MOR-off (unit), así como la actividad electroencefalográfica de la corteza cerebral (MCx), el electrooculograma (EOG) y el electromiograma (EMG). Note que durante la cataplejía la unidad deja de disparar y esta se asocia a la desincronización cortical, no actividad en el EMG y sacudidas de EOG similares a las del sueño MOR (REM). En B se presenta el caso para una neurona MOR-on, la cual incrementa su descarga durante el episodio de cataplejía (tomado de 32).
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Desde el punto de vista electrofisiológico durante la cataplejía en los perros narcolépticos las neuronas del locus coeruleus, principal fuente de noradrenalina cortical y el núcleo del rafé magno, fuente de serotonina cerebral, se silencian, por lo que se les ha denominado neuronas MOR-off, porque dejan de disparar potenciales de acción durante esta fase del sueño. Por otra parte, las neuronas colinérgicas de los núcleos pedúnculo pontino (PPD) y del tegmento latero dorsal (LTD) (Figura 2) incrementan sus potenciales de acción, de donde se denominan neuronas MOR-on o que se activan en esta fase del sueño (32). Lin y cols. (17), mapearon y clonaron el gen responsable de la penetrancia autosómica recesiva en los perros Doberman-Pinscher narcolépticos. La región del cromosoma 12 para la cual el locus canarc-1 fue mapeado se encontró que era análogo con la región del gen humano del cromo soma 6 en su brazo largo p21, la cual codifica una región homóloga a las inmunogobulinas. Sin embargo estudios ulteriores de Mignot y su grupo (1999) demuestran que esta región codifica para la síntesis de los receptores a orexinas, péptidos relacionados con la vigilia, los trastornos del sueño y la ingesta de alimento. En los perros narcolépticos por secuenciación genómica del receptor para orexinas tipo 2, Lin y cols. (17) identifican una secuencia alternativa aberrante así como una transcripción truncada. Mignot en 1999 reporta que existe una mutación en el tercer intrón del gen del receptor a orexinas tipo 2. Análisis genéticos en perros narcolépticos Labrador demuestran que el receptor tipo 2 tiene una mutación que consiste en una terminación prematura de la proteína (5, 34) lo que sugiere una interacción esencial de estos neuropéptidos y la regulación de la narcolepsia-cataplejía (17). Ratón carente de un solo gen (Knock out) Estudios realizados en ratones deficientes para el gen que codifica el gen para el péptido que produce las orexinas (pre-pro-orexinas) han reportado características similares a las que se presentan en la narcolepsia del perro. Estos ratones muestran periodos de baja actividad durante la fase de oscuridad y alteraciones en la regulación del sueño MOR, así como episodios de inmovilidad asociados a interacción social (4). Las orexinas A y B también son conocidas como hipocretinas 1 y 2, estas son dos neuropéptidos de 39 y 29 aminoácidos, respectivamente. Las cuales fueron identificadas como un ligando endógeno para un receptor acoplado a proteínas G (30). Estudios de inmunohistoquímica e hibridización in situ han mostrado que las neuronas que contienen orexina se encuentran organizadas bilateral y simétricamente en una región muy localizada en el hipotálamo dorsal y lateral (6, 30) las cuales tiene proyecciones a varias regiones del sistema nervioso central, incluyendo regiones de la corteza
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cerebral, sis tema límbico y a nivel del tallo cerebral (25). Las orexinas pueden estimular el apetito, sin embargo no son tan potentes como otros neuropéptidos que promueven la ingesta de alimentos, como el neuropéptido Y (NPY) o las melanocortinas (31), sin embargo juegan un papel relevante modulador en el sistema nervioso central relacionado con el control de la energía y el metabolismo ya que el 30% de las neuronas orexinérgicas se activan por la hipoglicemia inducida por insulina (31) Dada la amplia proyección de neuronas orexinérgicas al locus coeruleus, núcleo del rafé, formación reticular pontina, núcleo talámico paraventricular, estructuras involucradas en la regulación del ciclo sueño-vigilia, se les ha involucrado también como moduladores en la transición del sueño NO MOR hacia sueño MOR (25). Otro aspecto importante de la fisiología de las hipocretinas consiste en el incremento del estado de vigilia, la activación del sistema nervioso simpático, así como el incremento de la locomoción (13). El primer mecanismo se produce mediante la excitación de las neuronas noradrenérgicas en el locus coeruleus y previene que se inicie el sueño MOR; el segundo efecto mediante la activación del sistema dopaminérgico. Hagan (13) ha mostrado que la administración de orexina A induce hiperlocomoción, además de que se incrementa la ingesta de agua y se presentan estereotipias similares a las que se presentan cuando a los animales se les administra anfetamina. Esto explicaría la conducta cuando hay deficiencia de este péptido, pues las ratas están inmóviles y somnolientas. En conclusión las orexinas son unos péptidos ligados a proteínas G cuyo efecto primordial es el de incrementar la vigilia, incrementar la locomoción e incrementar la ingesta de comida, estos efectos conductuales se asocian a cambios metabólicos que provean la energía metabólica necesaria para cumplir dicha activación conductual (30). Rata taiep En 1988 en el bioterio del Instituto de Fisiología de la BUAP se obtuvo de manera espontánea durante el proceso de selección de una línea con una alta frecuencia de bostezo espontáneo (14, 36) una sublínea de ratas de la cepa Sprague-Dawley portadora de una mutación autosómica recesiva que dio origen a la rata denominada taiep tomando el acrónimo de los síntomas que la caracterizan que son: temblor, ataxia, inmovilidad tónica, epilepsia y parálisis (14). La rata taiep presenta un temblor en las extremidades posteriores y en la base de la cola que aparece a los 30-40 días de edad. Al cuarto mes aparece ataxia loco motora y en el séptimo mes los episodios de inmovilidad tónica que
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son inducidos al sostenerlas de la cola y tienen una duración promedio de 25 seg. (8).
Figura 3. En A podemos observar el método de inducción de los episodios de inmovilidad. En B una rata taiep durante un episodio de inmovilidad. Note la cola de Straub y la facies característica del animal.
Los episodios de inmovilidad se caracterizan por la pérdida de los reflejos de soporte postural, apnea e hipertonía muscular (14). En este mutante se ha descrito que existe una acumulación anormal de microtúbulos en los oligodendrocitos. La síntesis inadecuada de mielina sería entonces la responsable de alguna manera de la inmovilidad sin que a la fecha hallamos podido determinar el o los mecanismos que lo producen. Debe destacarse que los niveles de orexinas en el líquido cerebro espinal en ratas taiep de 9 y 12 meses son similares a los encontrados en las ratas control (Siegel, comunicación personal) lo que implica que existe un grupo de neuronas orexinergicas suficientes para mantener los niveles de este neuropéptido. Estudios recientes en pacientes narcolépticos han mostrado que en su gran mayoría muestran niveles disminuidos de orexinas (35). En nuestro laboratorio hemos venido explorando el papel que juegan diversas drogas que actúan sobre el sistema dopaminérgico, noradrenérgico, serotoninérgico y colinérgico sobre los episodios de inmovilidad inducidos al sujetar a la rata taiep por la cola o el tórax (5, 8). Nuestros resultados muestran que la administración de anfetamina, , yohimbina y fluoxetina inhiben los EI’s inducidos, mientras que la administración de quinpirole, (-)-3PPP y clonidina incrementan los EI´s sugiriendo que en las ratas taiep como en los perros y humanos narcolépticos las vías catecolaminérgicas y serotoninérgicas juegan un papel regulador de la cataplejía.
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En relación al sistema colinérgico hemos podido mostrar que los antagonistas triexifenidil y la atropina metil nitrato reducen el número de EI´s pero incrementan su duración. Así mismo la administración sistémica de mecamilamina, reduce la frecuencia de la los EI´s sin cambio en su duración. Tabla 2. Efecto de distintos fármacos sobre los EI´s inducidos por manipulación en la rata taiep.
Droga prazosina clonidina xilacina yohimbina idazoxán anfetamina fluoxetina quinpirole (-)-3PPP lisuride
Actúa como antagonista ? 1 agonista ? 2 agonista ? 2 antagonista ? ? antagonista ? 2 Inhibidor de recaptura Inhibidor de recaptura agonista D2 agonista D2 agonista D2
Rango de dosis Efecto en los EI´s (? g/kg) 25-800 incrementa 1-1000 incrementa 1-1000 incrementa 1-1000 disminuye 2-2000 disminuye 1-3000 disminuye 1-1000 disminuye 3-100 incrementa 200-1600 incrementa 12.5-400 Incrementa
IMPACTO SOCIOPSICOLÓGICO DE LA NARCOLEPSIA Pareciera que este trastorno no tiene grandes repercusiones, pues el dormir sería una conducta pasiva que no debiera molestar a nadie, pero no es así. Después de haber escuchado las molestias por las que pasan los pacientes y sus familiares, esta es una enfermedad que realmente arrastra con un deterioro de las relaciones interpersonales del sujeto narcoléptico. Se han reportado casos en los que la persona pierde su empleo y se vuelve dependiente no solo económicamente, sino socialmente de un familiar mas cercano; esto es, en ocasiones no puede salir solo y mucho menos conducir un automóvil, actividades casi normales para un sujeto sano. En muchos casos las personas narcolépticas presentan episodios de depresión, lo que refleja la carga emocional que se asocia a este problema. Son personas que no pueden mantener una conversación fluida debido a que se pueden quedar dormidas en el intento o puede ser interpretado por su interlocutor como falta de interés. No pueden manejar maquinarias o aparatos que impliquen riesgo o que requieran de permanente atención o vigilancia, lo que las pone también en desventaja en el aspecto laboral. A la fecha no se han realizado estudios epidemiológicos en México sobre la somnolencia o en general sobre los trastornos del sueño, esto en parte debido a una falta de conocimiento de la población general para identificar los síntomas anormales en el ciclo sueño-vigilia. Por otra parte, se han hecho pocos intentos por la validación de instrumentos que diagnostiquen los trastornos del
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sueño con solo contestar cuestionarios, estos se han creado ya en varios países extranjeros, como los Estados Unidos de Norteamérica, Israel, Japón y Europa. Entre los mismos instrumentos para valorar la somnolencia existe una baja correlación (37). Por lo que se hace necesario contar con un instrumento válido para medir trastornos específicos en nuestra población y hacer un diagnóstico temprano, lo que evitaría accidentes y bajo rendimiento escolar, familiar y laboral. Como hemos podido ver existen diferentes tipos de modelos animales que buscan semejar afecciones del humano, sobre todo en años recientes se ha centrado la atención a los modelos de ratones deficientes de algún gen que codifica para algún neurotransmisor o péptido, etcétera, ya que se piensa que con esta metodología es posible encontrar al gen directamente involucrado con el trastorno a estudiar, sin embargo pareciera que entre más especificidad se busca, este es menos semejante al trastorno que se presenta en los humanos, pues pensemos que en los sujetos no se presenta un trastorno único, y que en su inmensa mayoría tiene un origen multifactorial. Debemos destacar que los modelos animales han contribuido al entendimiento de las bases neuroanatómicas y de los procesos fisiológicos y bioquímicos que subyacen a la neuropatología humana. Las distintas metodologías empleadas permiten también poner a prueba nuevas opciones farmacológicas, de terapia génica o de uso de innovadoras vías de administración. Estos desarrollos tecnológicos contribuirán en el futuro a mejorar las condiciones de vida de aquellos pacientes aquejados de enfermedades limitantes como son aquellas que involucran el SNC. AGRADECIMIENTOS Agradecemos a la Q.F.B. Araceli Ugarte, a la pQ.F.B. Miriam Avendaño y al Sr. Jaime Lazcano por el mantenimiento de las ratas taiep. Parcialmente financiado por el proyecto CONACYT 31758-N y por el VPPIIBUAP 2001 para JRE y por la Fundación BUAP. BIBLIOGRAFÍA 1.- Aldrich MS . (1992) Narcolepsy. Neurol. 42:34-43. 2.- Aldrich MS. (1999) Sleep Medicine. (Eds.) Oxford University Press. Pp. 382. 3.- Campbell SS, Tobler I. (1984). Animal sleep: a review of sleep duration across phylogeny. Neurosc. Biobehav. Rev. 8:269-300
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